Anordnung zum Stützen und Ausrichten von Antennen oder Teleskopen

Abstract

 Es soll eine Anordnung zum Stützen und Ausrichten von Antennen oder Teleskopen angegeben werden, die insbesondere für Satelliten geeignet ist.
Es wird eine Anordnung in Form eines Hexapods vorgeschlagen, die sowohl zum Stützen und Ausrichten des Teleskops dient, als auch als Ausfahreinheit eingesetzt wird, um den Abstand Teleskop Satellitenplattform zu vergrößern. Das Gestell setzt sich aus sechs in der Länge regulierbaren Beine (6) zusammen, die an den Enden mit Kugelgelenken ausgestattet sind. Die Beine verbinden die Satellitenplattform (2) mit einer starren Trägerplatte (10) die das Teleskop (1) trägt. Die Beine sind auf einer Seite jeweils paarweise an den Ecken eines Dreiecks und auf der anderen Seite entweder ebenfalls paarweise an den Ecken eines Dreiecks oder einzeln an den Ecken eines Sechsecks befestigt.
Zur Längenregulierung der Beine werden piezoelektrische Linearmotoren eingesetzt. Für den Startvorgang der Trägerrakete ist eine interne Versteifung durch Verspannen des äußeren Rohres (9) gegenüber einer auf dem Innenrohr befindlichen Anschlagscheibe (14) vorgesehen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Stützen und Ausrichten von Antennen oder Teleskopen, insbesondere für Weltraumanwendungen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Eine gattungsgemäße Anordnung ist bereits bekannt aus "Das Hexapod-Teleskop - ein Prototyp für das Deutsche Großteleskop" von Theodor Schmidt-Kaler in Spektrum der Wissenschaft, Mai 1991, Seite 18 bis 22. Das Nachführungssystem dieses Teleskops soll das mechanische Grundprinzip nutzen, daß ein starrer Körper genau sechs Freiheitsgrade der Bewegung hat und die Tragestruktur des Hauptspiegels wird daher durch sechs Beine mit dem Fundament des Teleskops verbunden. Man kann durch Verlängern bzw. Verkürzen der Beine und damit durch Veränderung der Neigungswinkel gerade sechs Freiheitsgrade realisieren.

[0003] Eine weitere Anordnung zum Stützen und Ausrichten von Antennen mit einem Gestell in Form eines Hexapods, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ist aus der EP 02 66 026 A1 bekannt.

[0004] Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zum Stützen und Ausrichten von Teleskopen anzugeben, die für den Einsatz auf Satelliten besonders geeignet ist.

[0005] Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0006] Für den Einsatz von Stütz- und Ausrichtmechanismen für Teleskope auf Satelliten ist es von besonderer Bedeutung, daß die Systeme von geringem Gewicht und Volumen sind. Außerdem werden hohe Anforderungen an die Genauigkeit des Ausrichtmechanismus gestellt. Da der freie Platz auf einem Satelliten gering ist, kann es vorkommen, daß der Sichtbereich des Teleskops durch andere Aufbauten auf den Satelliten beschränkt wird. Dies kann sich äußerst nachteilig auswirken.

[0007] Durch den Einsatz einer Tragestruktur in Form eines Hexapods kann das Gewicht für die Anordnung zum Stützen und Ausrichten des Teleskops wesentlich herabgesetzt werden. Der Ausrichtmechanismus basiert auf der Längenänderung der sechs Beine des Hexapods. Wenn die Länge der Beine über einen großen Bereich veränderbar ist, so kann die Stütz- und Ausrichtanordnung, das Hexapod, auch als Ausfahreinheit zum Ausfahren des Teleskops eingesetzt werden. Dazu ändert man die Länge der sechs Beine gleichzeitig. Ein Gestell in Form eines Hexapods nicht nur zum Stützen und Ausrichten eines Teleskops einzusetzen, sondern das Gestell auch als Ausfahreinheit einsetzen, bringt den Vorteil, daß bei Applikationen auf ungünstigen Satellitengeometrien das Teleskop weit ausgefahren werden kann und dann in seinem Sichtwinkel nicht mehr durch andere Aufbauten auf dem Satelliten eingeschränkt ist.

[0008] Neben dem geringen Gewicht des Ausrichtmechanismus spielt auch der Leistungsverbrauch einen solchen Mechanismus, insbesondere bei Weltraumanwendungen, eine sehr große Rolle. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz von piezoelektrischen Linearmotoren zur Betätigung von Ausrichtmechanismus und Ausfahreinheit kann eine Reduzierung des Leistungsverbrauchs erreicht werden. Der Einsatz von Inchworm-Motoren (bekannt aus US 39 02 085) hat den Vorteil, daß diese ohne Betriebsspannung blockiert, also im Ruhezustand sind.

[0009] Für die speziellen Anforderungen eines Ausrichtmechanismus auf einem Satelliten, der auf einer Trägerrakete befestigt die Startbedingungen erfüllen muß, ist erfindungsgemäß eine Startposition vorgesehen, in welcher der Ausrichtmechanismus definiert blockiert ist (englisch: launch lock).
Erfindungsgemäß wird dies durch das interne Verspannen der Einzelbeine erreicht.

[0010] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 schematische Darstellung einer Hexapodstruktur und

Figur 2 Schnitt durch ein Bein des Hexapods.

[0011] Eine erfindungsgemäße Anordnung, wie sie beispielsweise auf einer Satellitenplattform 2 montiert sein könnte, ist in Figur 1 dargestellt. Ein Teleskop 1 ist über einen Rotations- und Umlenkmechanismus 5 auf einer starren Trägerplatte 10 befestigt. Der Grundriß der Trägerplatte 10 entspricht einem gleichseitigen Sechseck. Unterhalb der Trägerplatte ist eine optische Bank 3 befestigt. An den sechs Ecken der Trägerplatte ist jeweils ein Ende eines Beines 6 befestigt. Die sechs Beine sind in der Länge regulierbar. Sie sind jeweils über ein Kugelgelenk mit der Trägerplatte 10 befestigt. Am anderen Ende sind die Beine 6 jeweils paarweise zusammengefaßt und über Kugelgelenke mit der Satellitenplattform 2, die die Grundfläche bildet, verbunden. Die sechs in der Länge regulierbaren Beine bilden das Hexapodgestell. Der Aufbau der einzelnen Beine ist aus Figur 2 ersichtlich. Auf der Satellitenplattform 2 sind neben den Beinen des Hexapodgestells auch noch weitere Baueinheiten 4 vorgesehen. Auf der Satellitenplattform entsprechen die Befestigungspunkte der Beine 6 den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks. Indem man die Länge aller Beine 6 des Hexapodgestells ändert, kann das Teleskop 1 ausgefahren werden. Die Ausrichtung des Teleskops kann ebenfalls durch Veränderung der Länge der sechs Beine des Hexapodgestells erreicht werden. Wie die Länge der Beine verändert werden kann, ist in Figur 2 dargestellt. Ein Bein 6 besteht aus einem inneren Rohr 8 und einem äußeren Rohr 9. Das innere Rohr kann bezüglich des äußeren Rohrs durch piezoelektrische Linearmotoren 11 bewegt werden. Diese sind am äußeren Rohr befestigt und bewegen sich auf der glatten genau bearbeiteten Außenfläche des inneren Rohrs 8. An den Enden der Beine 6 befindet sich jeweils ein Kugelgelenk 7. Über diese Kugelgelenke sind die Beine auf der einen Seite mit der Satellitenplattform 2 und auf der anderen Seite mit der Trägerplatte 10, die das Teleskop 1 trägt, verbunden. Das innere Rohr 8 der Beine, auf dessen Außenfläche sich die piezoelektrischen Linearmotoren, auch Inchworm-Motoren genannt, bewegen, ist vorteilhafter Weise ein PEEK-Rohr und weist eine sehr gute Gleitfläche auf.
Am unteren Ende befindet sich eine Anschlagscheibe 14 für das äußere Rohr 9. Während des Startvorgangs der Trägerrakete wird das äußere Rohr 9 gegen die Anschlagscheibe 14 mittels der piezoelektrischen Linearmotore verspannt. Dadurch wird eine wesentlich erhöhte Festigkeit der Gesamtstruktur während des Startvorganges erreicht. Dabei kann die Oberfläche der Anschlagscheibe 14 beispielsweise mit Stahlwolle beschichtet sein, um hohe Dämpfung, Friktion und Elastizität zu sichern.

Ansprüche

1. Anordnung zum Stützen und Ausrichten von Antennen oder Teleskopen, insbesondere für Weltraumanwendungen, mit einem Gestell in Form eines Hexapods, das sich aus sechs in der Länge regulierbaren Beinen (6) zusammensetzt, deren Enden mit Kugelgelenken (7,7') ausgestattet sind, die auf einer Seite jeweils paarweise an den Ecken eines Dreiecks auf einer Grundfläche (2) befestigt sind und die auf der dem Teleskop oder der Antenne zugewandten Seite ebenfalls paarweise an den Ecken eines Dreiecks oder einzeln an den Ecken eines Sechsecks an einer starren Trägerplatte (10) befestigt sind, wobei das Gestell als Ausfahreinheit zum Ausfahren des Teleskops (1) oder der Antenne aus einer ersten, der Grundfläche (2) nahen in eine zweite, der Grundfläche (2) ferne Stellung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Längenregulierung der Beine (6) des Gestells piezoelektrische Linearmotoren (11) angeordnet sind, die ein inneres Rohr (8) gegenüber einem äußeren Rohr (9) bewegen.

2. Anordnung zum Stützen und Ausrichten von Antennen oder Teleskopen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (8) eine sehr genau bearbeitete Außenfläche aufweist und somit eine gute Gleitfläche für die piezoelektrische Linearmotoren (11) ist, die an dem äußeren Rohr (9) befestigt sind.

3. Anordnung zum Stützen und Ausrichten von Antennen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verspannung des äußeren Rohres (9) gegen eine am unteren Ende des inneren Rohres (8) befindliche Anschlagscheibe (14) vorgesehen ist, die im eingefahrenen Zustand der Anordnung wirksam ist.

Zeichnung